(57)【要約】  【課題】  半導体素子の微細パターンを精度良く形成するにはウェハに成膜処理やエッチング処理を行う際にウェハの表面温度をこれまで以上に小さく制御する必要があった。しかし、これまでのセラミック製のヒータはウェハの面内温度差が５℃以上と大きく微細パターンを形成すると半導体素子の歩留まりが低下する虞があった。  【解決手段】  コイル状の抵抗発熱体を埋設した板状セラミック体の一方の主面を板状の被加熱物を載せる載置面とし、該載置面から見て前記コイル状の抵抗発熱体の中心線は円弧状と折り返し形状とを連続させて略同心円状に配設され、同一円周上に位置する一対の折り返し形状をなす抵抗発熱体の間の距離が半径方向に隣り合う前記円弧状をなす中心線の間の距離よりも小さくすると、上記一対の折り返し形状をなす抵抗発熱体付近の発熱量が大きくなり、この付近にクールスポットを発生する虞がなくウェハＷを均一に加熱することができる。【選択図】  図１
2007066542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル状の抵抗発熱体を埋設した板状セラミック体の一方の主面を被加熱物を載せる載置面とし、該載置面から見てコイル状の前記抵抗発熱体は、中心線が弧状に配置された弧状部と折り返し形状に配置された折り返し部とを連続させて略同心円状に配設され、同一円周上に位置して対向する前記折り返し部の間の距離が、半径方向に隣り合う前記弧状部の中心線の間の距離よりも小さいことを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記同一円周上に位置して対向する前記折り返し部の間の距離が、半径方向に隣り合う前記弧状部の中心線の間の距離の３０％〜８０％であることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記略同心円状に配設された最外周のコイル状の前記抵抗発熱体のピッチは、その内側の前記抵抗発熱体のピッチより小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のヒータ。
【請求項４】
前記板状セラミック体の他方の主面に筒状の支持部材を接合し、この接合部の内側に位置するコイル状の前記抵抗発熱体のピッチが、前記接合部の外側に位置するコイル状の前記抵抗発熱体のピッチより小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒータ。
【請求項５】
前記被加熱物をウェハとした請求項１〜４のいずれかに記載のヒータを、雰囲気の制御が可能な容器内に配設したことを特徴とするウェハ加熱装置。
【請求項６】
セラミック粉末からなる板状の成形体を作製する工程と、この成形体の一方の主面に弧状に配置された弧状部と折り返し形状に配置された折り返し部とを連続させた溝を形成する工程と、この溝にコイル状の抵抗発熱体を挿入する工程と、前記溝と前記抵抗発熱体との隙間にセラミック粉末を充填し、該セラミック粉末に予備加圧して前記抵抗発熱体を埋設した成形体を得る工程と、この成形体を耐熱型に挿入し加圧しながら焼成する工程とを有することを特徴とするヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に半導体ウェハや液晶基板等の板状の被加熱物を加熱する際に用いるヒータに関するものであり、例えば半導体ウェハや液晶基板あるいは回路基板等のウェハ上に薄膜を形成したり、エッチングしたりする際に好適なヒータおよびウェハ加熱装置ならびにこのヒータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路素子の製造工程における、半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理、レジスト膜の焼き付け処理等においては、半導体ウェハを加熱するためのセラミック製のヒータが用いられている。
【０００３】
このようなヒータとして、例えば特許文献１、特許文献２や特許文献３には、図９に上面側から見た概略図で示すようなセラミック製のヒータ５０が提案されている。このヒータ５０は、窒化珪素や窒化アルミニウム等の窒化物セラミック体からなる板状セラミック体５１の一方の主面を板状のウェハを載せる載置面として、板状セラミック体５１に渦巻き状にコイル状の抵抗発熱体５３を埋設している。この抵抗発熱体５３の両端には給電端子５５が接続されている。そして、ウェハの面内温度差を小さくする方法として、載置面の外側１０％の領域の抵抗発熱体５３の密度を大きくしたヒータ５０や、コイル状の抵抗発熱体５３の単位長さあたりの巻き数のばらつきを１０％以下に抑えたヒータ５０、および抵抗発熱体５３を３次元的に配設したヒータが開示されている。
【０００４】
しかし、何れも抵抗発熱体の配設が複雑であり、近年開発されている半導体素子に用いられる９０ｎｍ幅の配線パターンや４５ｎｍ幅の配線パターンを備えた半導体素子用のウェハへの成膜処理やエッチング処理では、ウェハ面内の高温部と低温部の温度差が大きいことから膜質やエッチングレートに差が生じるため、半導体素子の歩留まりが低下し使えないとの問題があった。
【０００５】
そこで、特許文献４や特許文献５では、コイルの径を変えた抵抗発熱体を接続して埋設したり、抵抗発熱体の折り返し部に膨出部を設けたりして、ウェハ表面の温度差を小さくすることが試みられた。しかし、何れも構成が複雑でウェハ表面の温度差を十分に小さくするこができなかった。
【０００６】
また、特許文献６には、図９に概略断面図で示すように、抵抗発熱体５３、５４を埋設した板状セラミック体５１の一方の主面をウェハを載せる載置面５１ａとし、他方の主面に筒状の支持部材６０が接合されたセラミック製のヒータ５０が開示されている。抵抗発熱体５３、５４の端子部には、給電端子５７、５８がロウ付けされており、この給電端子５７、５８が筒状の支持部材６０の内側を通って外部に接続できるように配置されている。そして、特許文献７には、この図９に示すヒータに対して、筒状の支持部材６０の内側の抵抗密度を大きくして、急速に昇温しても載置面の面内温度差を小さくしたり、板状セラミック体５１の破損を防止したりしたヒータが開示されている。
【０００７】
また、特許文献８には、同じく図９に示すヒータに対して、筒状の支持部材６０を接合したセラミック製のヒータの面内温度差を小さくして破損を防止する目的で、中央部分の抵抗密度を大きくして、支持部材６０の接合面の近くに独立した抵抗発熱体５４を埋設したセラミック製のヒータが開示されている。さらに、特許文献９では、同じく図９に示すヒータに対して、筒状の支持部材６０の接合面の近くに筒状の支持部材６０を加熱する独自の抵抗発熱体を埋設したヒータが開示されている。
【０００８】
しかし、いずれのヒータも抵抗発熱体の配置が非常に複雑であるため、微妙な構造または制御が必要になるとの課題があり、次世代の半導体素子である９０ｎｍや４５ｎｍのデザインルールを達成するのは困難であり、簡単な構造で面内温度差が小さく均一に加熱できるヒータが求められている。
【特許文献１】特開平４−１０１３８１号公報
【特許文献２】特開平７−２２０８６２号公報
【特許文献３】特開平７−６５９３５号公報
【特許文献４】特開２００４−６２４２号公報
【特許文献５】特開２００４−１１１１０７号公報
【特許文献６】特開２０００−１１４３５５
【特許文献７】特開平１１−３３９９３９号公報
【特許文献８】特開２００１−１０２１５７号公報
【特許文献９】特開２００２−１７０６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
半導体素子の高集積密度化とともに配線パターンが微細化し、配線幅が９０ｎｍや４５ｎｍといったデザインルールが採用されつつある。しかし、このような微細パターンを精度良く形成するには、ウェハに成膜処理やエッチング処理を行なう際にウェハの表面温度をこれまで以上に小さく制御する必要があった。しかし、これまでのセラミック製のヒータはウェハの面内温度差が５℃以上と大きく、微細パターンを形成すると半導体素子の歩留まりが低下する虞があった。
【００１０】
また、コイル状の抵抗発熱体は、屈曲部の外側と内側で発熱体密度が大きく変化するとともに、コイルの中心線の曲率半径を小さくすることは困難であった。そこで、特許文献４や特許文献５に記載の方法では、コイル径の異なった抵抗発熱体を板状セラミック体内で接続したり、抵抗発熱体の折り返し部で膨出部を形成したりする必要があり、ヒータを量産するには極めて複雑な工程が必要となり、そのために安定した品質の製品を製造歩留まりが高い状態で量産することが極めて困難であるとの課題があった。
【００１１】
さらに、ＣＶＤ成膜処理工程では板状セラミック体からなるセラミック製のヒータをセラミック製の筒状の支持部材で支える構造のウェハ保持部材が採用されているが、板状セラミック体に筒状の支持部材が接合されていることから、筒状の支持部材へ板状セラミック体からの熱が逃げることとなるため、ウェハの表面温度差が大きくなり均一にならない虞があった。
【００１２】
また、成膜処理やエッチング処理等の生産性を高めるためには、処理時間、特にセラミック製のヒータを所望の処理温度に加熱するまでの昇温時間を極力短くする必要があり、これまで５〜１５℃／ｍｉｎの昇温速度であったのに対して２０℃／ｍｉｎ以上の急速昇温が要求されていた。そして、このようなヒータを急速昇温すると、載置面の面内温度差が大きくなり大きな熱応力が発生するため、セラミック製のヒータが破損する虞があった。特に、大型化されたシリコンウェハに対応した直径３００ｍｍサイズの半導体ウェハ用の筒状の支持部材付きセラミック製のヒータは、板状セラミック体の熱が筒状の支持部材に流れることから、板状セラミック体の中で部分的な温度差が大きくなり易いため、急速昇温による熱応力が大きく、ヒータが度々破損することがあった。
【００１３】
本発明は、本発明者が上記の課題について鋭意検討した結果なされたものであり、その目的は、ウェハ面内の温度差を小さくするとともに、筒状の支持部材を備えたヒータにおいても面内温度差を小さくするとともに昇温過渡時の載置面内の温度差を小さくすることによりウェハ面内の均熱性を優れたものとする。また、ヒータ内部に生じる熱応力の大きさを小さくして急激な昇温や冷却を繰り返しても破損する虞の少ないヒータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のヒータは、コイル状の抵抗発熱体を埋設した板状セラミック体の一方の主面を被加熱物を載せる載置面とし、該載置面から見てコイル状の前記抵抗発熱体は、中心線が弧状に配置された弧状部と折り返し形状に配置された折り返し部とを連続させて略同心円状に配設され、同一円周上に位置して対向する前記折り返し部の間の距離が、半径方向に隣り合う前記弧状部の中心線の間の距離よりも小さいことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のヒータは、上記構成において、前記同一円周上に位置して対向する前記折り返し部の間の距離が、半径方向に隣り合う前記弧状部の中心線の間の距離の３０％〜８０％であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のヒータは、上記各構成において、前記略同心円状に配設された最外周のコイル状の前記抵抗発熱体のピッチは、その内側の前記抵抗発熱体のピッチより小さいことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明のヒータは、上記各構成において、前記板状セラミック体の他方の主面に筒状の支持部材を接合し、この接合部の内側に位置するコイル状の前記抵抗発熱体のピッチが、前記接合部の外側に位置するコイル状の前記抵抗発熱体のピッチより小さいことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明のウェハ加熱装置は、前記被加熱物をウェハとした上記各構成のいずれかの本発明のヒータを、雰囲気制御が可能な容器内に配設したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のヒータの製造方法は、セラミック粉末からなる板状の成形体を作製する工程と、この成形体の一方の主面に弧状に配置された弧状部と折り返し形状に配置された折り返し部とを連続させた溝を形成する工程と、この溝にコイル状の抵抗発熱体を挿入する工程と、前記溝と前記抵抗発熱体との隙間にセラミック粉末を充填し、該セラミック粉末に予備加圧して前記抵抗発熱体を埋設した成形体を得る工程と、この成形体を耐熱型に挿入し加圧しながら焼成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のヒータによれば、コイル状の抵抗発熱体を配設した板状セラミック体の一方の主面を被加熱物を載せる載置面とし、該載置面から見てコイル状の前記抵抗発熱体は、中心線が弧状に配置された弧状部と折り返し形状に配置された折り返し部とを連続させて略同心円状に配設され、同一円周上に位置して対向する前記折り返し部の間の距離が、半径方向に隣り合う前記弧状部の中心線の間の距離よりも小さいことから、折り返し部周辺の単位面積当たりに熱量が大きくなり、同一円周上に位置して対向する一対の折り返し部の付近の発熱量が増大することとなるので、クールスポットが発生する虞が少なく、ウェハ面内の温度差が小さく、昇温過渡時の載置面内の温度差が小さく、耐久性に優れたヒータが得られる。
【００２１】
また、本発明のヒータによれば、上記構成において、前記同一円周上に位置して対向する前記折り返し部の間の距離が、半径方向に隣り合う前記弧状部の中心線の間の距離の３０％〜８０％であるときには、折り返し部周辺の温度が上昇したり低下する虞がないので、同一円周上に位置して対向する折り返し部付近の発熱量が単位面積当たり略等しくなるように調整され、さらにウェハ面内の温度差が小さくなり好ましい。
【００２２】
また、本発明のヒータは、上記各構成において、前記略同心円状に配設された最外周のコイル状の前記抵抗発熱体のピッチが、その内側の前記抵抗発熱体のピッチより小さいときには、抵抗発熱体のピッチの小さい抵抗発熱体は発生する熱量が大きくなるので、最外周の抵抗発熱体における発熱量が増大し、ウェハの周辺部の温度低下が軽減され、ウェハ面内の温度が均一となる。
【００２３】
また、本発明のヒータは、上記各構成において、前記板状セラミック体の他方の主面に筒状の支持部材を接合し、この接合部の内側に位置するコイル状の前記抵抗発熱体のピッチが、前記接合部の外側に位置するコイル状の前記抵抗発熱体のピッチより小さいときには、接合部の内側に位置するコイル状の抵抗発熱体の熱が前記板状セラミック体から筒状の支持部材へ流れても、接合部の内側の温度が低下する虞が少ないので前記支持部材の内側の抵抗発熱体の発熱量が大きいことから、載置面の中心部付近の温度の低下が軽減してウェハ面内の温度差が小さくなるとともに、昇温過渡時の載置面内の温度差が小さくなり、ヒータの耐久性を高めることができる。
【００２４】
さらに、本発明のウェハ加熱装置は、前記被加熱物をウェハとした上記各構成の本発明のヒータを、雰囲気の制御が可能な容器内に配設したことから、ウェハの面内を成膜ガス雰囲気やエッチングガス雰囲気中に晒すことができるので、本発明のヒータによってウェハを均一に加熱することができ、ウェハに成膜処理やエッチング処理を行なってもウェハ面内を均一に加熱処理できることによって、超微細な回路幅を有する半導体素子の量産が可能となる。
【００２５】
また、本発明のヒータの製造方法によれば、セラミック粉末からなる板状の成形体を作製する工程と、この成形体の一方の主面に弧状に配置された弧状部と折り返し形状に配置された折り返し部とを連続させた溝を形成する工程と、この溝にコイル状の抵抗発熱体を挿入する工程と、前記溝と前記抵抗発熱体との隙間にセラミック粉末を充填し、該セラミック粉末に予備加圧して前記抵抗発熱体を埋設した成形体を得る工程と、この成形体を耐熱型に挿入し加圧しながら焼成する工程とを有することから、抵抗発熱体の周囲と離れた部分のセラミック粉末の密度が一様となり、成形体を焼結する際に成形体が収縮しても各部で一様に収縮することから抵抗発熱体の周辺と離れた位置での収縮差から生じる歪みや残留応力が残る虞が少なくなるので、溝の内部に埋められたセラミック粉末の密度とそれ以外の成形体のセラミック粉末の密度との差が小さくなり、焼成により板状セラミック体に埋設した抵抗発熱体の周囲に変形や大きな歪や残留応力を残す虞が少なくなり、ヒータの製造歩留まりが高まるとともに、ヒータを急速昇温した後冷却する熱サイクルに対する耐久性が優れたヒータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の一例であるヒータ１を示す概略の斜視図であり、図１（ｂ）はそのＸ−Ｘ線における概略の断面図である。このヒータ１においては、炭化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる板状セラミック体２の一方の主面を被加熱物である例えばウェハＷを載せる載置面３とするとともに、板状セラミック体２の内部にコイル状の抵抗発熱体５を埋設している。また、載置面３の温度やウェハＷの温度を測定する測温素子７が、板状セラミック体２の他方の主面に設けられた凹部に挿入されている。
【００２８】
また、不図示のウェハリフトピンは、板状セラミック体２を貫通する孔１５を通してウェハＷを上下に移動させ、ウェハＷを載置面３に載せたり降ろしたりすることができる。抵抗発熱体５は、タングステンやモリブデンあるいはタングステンとモリブデンとの合金などからなる線材をコイル状に旋回したものを屈曲させて埋設したものであり、その両端には給電部６が接続されている。この給電部６に給電端子１１を接続させることにより、導通が確保されている。給電端子１１と給電部６とは、導通が確保できる方法であれば、はんだ付け、ロウ付け、ボルト締め等の手法を用いてもよい。そして、給電端子１１に外部から電力が供給され、測温素子７で板状セラミックス体２の温度を測定しながらウェハＷを所望の温度に加熱することができる。
【００２９】
本発明のヒータ１は、コイル状の抵抗発熱体５を埋設した板状セラミック体２の一方の主面を被加熱物を載せる載置面３とし、この載置面３から見てコイル状の抵抗発熱体５は、中心線が弧状に配置された弧状部５ｉ〜５ｏと折り返し形状に配置された折り返し部５ｐ〜５ｖとを連続させて略同心円状に配設され、同一円周上に位置して対向する折り返し部の間の距離ｄｎが、半径方向に隣り合う弧状部の中心線の間の距離Ｌｎよりも小さいとウェハＷの面内温度差を３℃以下と小さくすることができる。ただし、ｎは抵抗発熱体の形状により決まる数で１〜ｎの整数である。
【００３０】
図２は本発明のヒータの実施の形態の一例であるヒータ１における、載置面３側から見た抵抗発熱体５の形状を示す。本発明のヒータ１は、板状セラミック体２の内部に形成された抵抗発熱体５の形が所定のピッチを有したコイル状の巻回体からなり、この巻回体の中心を通る中心線を仮定すると、抵抗発熱体５は、中心線が弧状に配置された弧状部５ｉ〜５ｏと折り返し形状に配置された折り返し部５ｐ〜５ｖとを左右に略線対称に配置し連続させて略同心円状に構成してある。すなわち、抵抗発熱体５の中心線が略等間隔で略同心円を構成するように配置した半径の異なる円弧状の中心線をなす弧状部５ｉ〜５ｏと、半径方向に隣り合う折り返し形状の折り返し部５ｐ〜５ｖとを接続して直列回路を形成しており、折り返し形状の折り返し部５ｐの両端部を給電部６としてある。そのため、中心線が弧状の抵抗発熱体５ｉと５ｊ、中心線が弧状の抵抗発熱体５ｊと５ｋ、中心線が弧状の抵抗発熱体５ｋと５Ｌ、中心線が弧状の抵抗発熱体５Ｌと５ｍ、中心線が弧状の抵抗発熱体５ｍと５ｎ、および中心線が弧状の抵抗発熱体５ｎと５ｏとからなり、各中心線がそれぞれ円を構成するように配置され、各円が同心円状に配置されていることから、抵抗発熱体５を発熱させれば、載置面３の温度を中心から周縁部に向かって同心円状に均一に分布させることができる。
【００３１】
また、半径方向に隣り合う中心線が弧状に形成され、抵抗発熱体５ｉと５ｊとの中心線と、抵抗発熱体５ｊと５ｋとの中心線と、抵抗発熱体５ｋ，５Ｌ、との中心線と、抵抗発熱体５Ｌと５ｍとの中心線と、抵抗発熱体５ｍと５ｎとの中心線と、抵抗発熱体５ｎと５ｏとの中心線の間の距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６をそれぞれ略等間隔に配置してあることから、各中心線が弧状の抵抗発熱体５ｉ〜５ｏにおける単位体積当たりの発熱量を等しくすることができるため、載置面３における半径方向の発熱ムラを抑えることができる。
【００３２】
さらに、同一円周上に位置して対向する折り返し部の抵抗発熱体５ｑと、折り返し形状の抵抗発熱体５ｒ、折り返し形状の抵抗発熱体５ｓと折り返し形状の抵抗発熱体５ｔ、折り返し形状の抵抗発熱体５ｕと、折り返し形状の抵抗発熱体５ｖとの各距離ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６は、半径方向に隣り合う円弧状パターン５ｉ〜５ｏ間の各距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６にそれぞれ対応して小さくすることによって、この付近の発熱量を増大させることが重要である。なお、距離ｄ１〜ｄ６とは、載置面３から見て隣り合う折り返し部の抵抗発熱体５の円周方向の間隔を示す。距離ｄ１〜ｄ６を指し示す抵抗発熱体５のポイントを結ぶ線分の中点を通り、載置面３から見て板状セラミック体２の中心から放射状に伸びる線分に直角な方向の最小間隔が距離ｄ１〜ｄ６である。
【００３３】
すなわち、載置面３の均熱性を高めるためには、中心線が弧状に配置された弧状部の抵抗発熱体５ｉ〜５ｏだけでなく、折り返し形状に配置した折り返し部の抵抗発熱体５ｐ〜５ｖにおける単位面積当たりの発熱量も等しくする必要があり、通常同一円周上に位置して対向する折り返し部の抵抗発熱体５ｑ〜５ｖ間の距離ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６は、半径方向に隣り合う弧状部の抵抗発熱体５ｉ〜５ｏ間の距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６と同じ距離となるように設計されるが、このようなパターン形状では弧状部５ｉ〜５ｏと折り返し部５ｑ〜５ｖとの折り返し部の周辺Ｐ１〜Ｐ６の発熱密度が小さくなるために、折り返し部の周辺Ｐ１〜Ｐ６の温度が低下しクールスポットを発生する虞があり、ウェハＷの面内温度差が大きくなり均熱性が損なわれることになる。
【００３４】
これに対し、本発明のヒータ１においては、同一円周上に位置して対向する折り返し部５ｑ〜５ｖ間の各距離ｄ１〜ｄ６を、中心線が半径方向に隣り合う弧状部５ｉ〜５ｏ間の各対応する距離Ｌ１〜Ｌ６より少なくとも一箇所以上小さくしてあることから、折り返し部５ｑ〜５ｖの周辺Ｐ１〜Ｐ６の発熱量が相対する折り返し部５ｑ〜５ｖからの発熱で補われ、折り返し部５ｑ〜５ｖの周辺Ｐ１〜Ｐ６での温度低下を抑えることができるため、載置面３に載せたウェハＷの面内温度差を小さくすることができる、均熱性を高めることができる。また、ウェハＷの面内温度差が小さくなるとともに載置面３内の温度差が小さくなることから、大きな板状セラミック体２の内部に大きな熱応力が発生する虞が小さく、急激な温度上昇や冷却を繰り返す熱サイクルに対する耐久性が増大し好ましい。特に、板状セラミック体２の外側に近い周辺Ｐ６、Ｐ５やＰ４は板状セラミック体２の周辺から熱が逃げて温度が低下し易いことから、少なくとも最も外側の折り返し部５ｖの間隔ｄ６が抵抗発熱体５ｏと５ｎとの中心線の間隔Ｌ６より小さいことが好ましい。加えて、その内側の折り返し部５ｕの間隔ｄ５は、抵抗発熱体５ｎと５ｍの中心線の間隔Ｌ５より小さいとさらに好ましい。さらに加えて、その内側の間隔ｄ４がＬ４より小さいとより好ましい。
【００３５】
また、同一円周上に位置して対向する折り返し部５ｑ〜５ｖ間の距離ｄ１〜ｄ６を、半径方向に隣り合う中心線が弧状部５ｉ〜５ｏの中心線の間の各距離Ｌ１〜Ｌ６の３０％〜８０％とすることが好ましい。３０％を下回ると折り返し部５ｑ〜５ｖの周辺の温度が低くなる虞がある。また、８０％を超えると折り返し部５ｑ〜５ｖの周辺の温度が高くなる虞があるので、折り返し部５ｑ〜５ｖ付近の発熱量が適度に増加して、載置面３における均熱性をより高めることができる。さらに好ましくはｄ１〜ｄ６の各々は対応するＬ１〜Ｌ６の４０〜６０％であるとよい。
【００３６】
また、本発明の抵抗発熱体５は、コイル状の線材からなり、その中心線が弧状部５ｉ〜５ｏと折り返し部５ｑ〜５ｖとからなることで、従来の印刷法による矩形の折り返し抵抗発熱体と比べてエッジ部に過度の応力が働く虞が少なく、ヒータ１を急激に加熱・冷却しても板状セラミックス体２や抵抗発熱体５が破損する虞が小さくなり、比較的容易に信頼性の高いセラミック製のヒータ１を提供できる。
【００３７】
また、略同心円状に配設された最外周のコイル状の抵抗発熱体５のピッチは、その内側の抵抗発熱体５のピッチより小さいと、最外周の抵抗発熱体５ｏの発熱量が増大し、板状セラミック体２の周辺からの熱の放散による温度低下を防止できることから、ウェハＷの面内温度差が小さくなり好ましい。このように抵抗発熱体５を形成することは、板状セラミックス体２の外周面からの熱放射や対流により流出する熱の補充が容易となり、ウェハＷ面の周辺の温度低下を防止できることからより好ましい。また、このような構成とすることで、特に昇温時の過渡時における載置面３の面内温度差が小さくなり、板状セラミック体２に発生する熱応力を低減することができることから、繰り返し急激な熱サイクルが加わっても板状セラミック体２が破損する虞が少なくなり好ましい。
【００３８】
なお、特許文献１に記載のヒータにおいては、載置面の直径の９０％を超える領域の発熱量を大きくしたウェハ加熱装置が開示されているが、このヒータは巻回体が渦巻き状であり、その渦巻きの回数は高々８回転ほどであるため、仮に９０％の領域で発熱量を大きくできても、その領域は板状セラミック体の中心に対し中心対称とはならず、ウェハの左右の温度差が大きくなる虞がある。これに対し本発明のヒータ１における構成は、板状セラミック体の最外周の抵抗発熱体のみの発熱量を増大させることから板状セラミック体の中心に対し中心対称となるので、外周の抵抗発熱体５が板状セラミック体２に対し中心対称に一様に発熱量が増大することから、ウェハＷの面内の温度差が大きくなる虞がなく、より好ましいものである。
【００３９】
図３（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例であるヒータ１を示す概略の斜視図である。また、図３（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線における概略の断面図である。この例では、本発明のヒータ１の他方の主面の中央に給電端子１１や測温素子７を囲むように筒状の支持部材８が接合されている。このように筒状の支持部材８が接合されていると、支持部材８の下方のフランジ部８ｂでヒータ１を保持できることから、セラミック製のヒータ１を例えばハロゲン系のプラズマ雰囲気中で５００℃以上に加熱しても耐熱性や耐食性が優れるものとなり、ヒータ１が変形したり腐食したりしてパーティクルを発生する虞が少なく好ましい。
【００４０】
また、図４（ａ）は図３に示すヒータ１の抵抗発熱体５の概略を示す。図４（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線における概略の断面図である。本発明のヒータ１は、板状セラミック体２の他方の主面に筒状の支持部材８をフランジ部８ａで接合し、この接合部の内側に位置するコイル状の抵抗発熱体５ａのコイルのピッチが、この接合部の外側に位置する抵抗発熱体５ｂのコイルのピッチより小さいことが好ましい。この理由は、板状セラミック体２から接合された筒状の支持部材８へ熱が伝わり、板状セラミック体２の支持部材８の内側の温度が低下する虞があるが、筒状の支持部材８の内側に位置する抵抗発熱体５のコイルのピッチが小さいと筒状支持部材８の内側の抵抗発熱体の発熱量が増大し、温度低下を防止する作用が働くからである。コイル状の抵抗発熱体５を配設したセラミック製のヒータ１は、コイルの外径が大きい程載置面３の面内温度差を小さくすることができるが、折り返し部の抵抗発熱体５を形成する部分ではコイルの外径より小さい曲率半径の中心線でコイルを折り返すことは困難であるので、コイルの外径の１．５〜３倍の曲率半径で折り返し部の抵抗発熱体５を形成することが好ましい。このような折り返し部として抵抗発熱体５を弧状に埋設するのであるが、板状セラミック体２の中心部では中心線の円弧の径が小さくなることから折り返し部の曲率が小さくなり、抵抗発熱体５の中心線の間の距離を小さくして発熱量を増大することはより困難となる。そこで、折り返し部の中心線の曲率をそれほど小さくしないで発熱量を増大するには、抵抗発熱体５のコイルのピッチを小さくして、コイルの中心線の単位長さ当たりの発熱量を大きくして昇温過渡時の載置面３内の温度差を小さくするとともに定常時のウェハＷの面内の温度差を小さくすることが好ましい。
【００４１】
なお、抵抗発熱体５の中心線とは、図５に示すように載置面３側から見てコイル状の抵抗発熱体５の中心を通る線Ｌである。また、筒状の支持部材８の内側である接合部の内側に位置するコイル状の抵抗発熱体５ａのコイルのピッチＮａは、接合部の外周である筒状の支持部材８のフランジ８ａの外径より内側の抵抗発熱体５ａにおける中心線長さをコイルの巻き数で除した値Ｎａとして求めることができる。また、筒状の支持部材８の外側の抵抗発熱体５ｂのコイルのピッチも同様に、フランジ８ａの外側の抵抗発熱体５ｂの中心線の長さを巻き数で除した値Ｎｂとして求めることができる。
【００４２】
また、板状セラミック体２に埋設した抵抗発熱体５の形状は、例えば図４（ａ）に示すような略同心円状としてあり、載置面３側から見て抵抗発熱体５の占める面積をＳとしたとき、面積Ｓは載置面３の面積の９０％以上としてできるだけ載置面３の面積に近づけることが、ウェハの面内温度差を小さくする上で好ましい。なお、面積Ｓは載置面３側から見て抵抗発熱体５を囲む外接円、外接楕円や外接する多角形等の面積で示すことができる。
【００４３】
また、板状セラミック体２の他方の主面に筒状の支持部材８を接合し、この板状セラミック体２の筒状の支持部材８の内側つまり接合部の内側の面積をＳ１、この筒状の支持部材８の内側の領域の抵抗発熱体５ａの抵抗値Ｒ１と、この筒状の支持部材８より外側の面積をＳ２、この筒状の支持部材８より外側の領域の抵抗発熱体５ｂの抵抗値をＲ２として、筒状支持部材８の内側の抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）が筒状支持部材８の外側の抵抗密度（Ｒ２／Ｒ２）より大きいことが好ましい。なお、面積Ｓは面積Ｓ１と面積Ｓ２とを加算した値である。
【００４４】
すなわち、以上のようなヒータ１を発熱させると、筒状の支持部材８を介してこの支持部材８を取り付けた不図示の反応処理室側へ熱が奪われて熱引けが発生し、載置面３の均熱化が阻害されるとともに、特に昇温時において、筒状の支持部材８が接合されている板状セラミック体２の中央と、筒状の支持部材８が接合されていないセラミック製のヒータ１の周縁との境界に大きな熱応力が発生し、セラミック製のヒータ１が割れてしまうといった虞がある。これに対し、本発明のヒータ１では、抵抗発熱体５の筒状の支持部材８より内側に位置する領域Ｑ１における抵抗発熱体５ａの単位面積当たりの抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）を、筒状の支持部材８より外側に位置する領域Ｑ２における抵抗発熱体５ｂの単位面積当たりの抵抗密度（Ｒ２／Ｓ２）より大きくし、筒状の支持部材８が接合されている板状セラミック体２の中央の発熱量を周縁より大きくしてあることから、熱引けに伴う温度損失を補い、載置面３の温度分布を均一化することができるとともに、昇温時においてセラミック製のヒータ１の中央の発熱量を周縁より大きくできるため、セラミック製のヒータ１に発生する熱応力を緩和し、急速昇温によるセラミック製のヒータ１の破損を防ぐことができる。
【００４５】
さらに、上記抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）は、抵抗密度（Ｒ２／Ｓ２）に対して好ましくは１．０５〜１．５倍の範囲で大きくすることがよい。
【００４６】
これは抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）が抵抗密度（Ｒ２／Ｓ２）に対して１．０５倍未満であると、筒状の支持部材８からの熱引けに伴う温度損失を補えず、載置面３の中央における温度が周縁より低くなり、均一な温度分布を得ることが困難となる虞があるとともに、昇温時にセラミック製のヒータ１に大きな熱応力が発生し、割れてしまう虞があるからである。逆に、抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）が抵抗密度（Ｒ２／Ｓ２）に対して１．５倍より大きくなると、筒状の支持部材８からの温度損失より抵抗発熱体５ａによる発熱量が大きくなり過ぎるために、載置面３の中央における温度が周縁より高くなり、均一な温度分布を得ることができなくなるとともに、昇温時に発生する熱応力が非常に大きくなりセラミック製のヒータ１が割れてしまう虞があるからである。
【００４７】
なお、筒状の支持部材８が接合されたセラミック製のヒータ１から抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）と抵抗密度（Ｒ２／Ｓ２）とを求める方法としては、例えば、図４（ａ）に示す発熱パターンＱを有するヒータ１の場合であれば、まず、筒状支持体６を切除し、Ｘ線を当ててセラミック体２中に埋設されている発熱パターンＱの形状を解析し、筒状の支持部材８より内側である接合部の内側に位置する領域Ｑ１の面積をＳ１、筒状の支持部材８の外側である接合部の外側に位置する領域Ｑ２の面積をＳ２として算出する。
【００４８】
一方、筒状の支持部材８より内側である接合部の内側に位置する領域Ｑ１における抵抗発熱体５ａの抵抗値Ｒ１と筒状の支持部材８より外側である接合部の外側に位置する領域Ｑ２における抵抗発熱体５ｂの抵抗値Ｒ２は、板状セラミック体２を筒状の支持部材８の最外周が位置していた部分で最外周の内側部分の円板状セラミック体と最外周の外側部分のリング状のセラミック体とに２分割し、円板状セラミック体２に埋設されている抵抗発熱体５ａの抵抗値をＲ１とし、リング状のセラミック体に埋設されている抵抗発熱体５ｂの抵抗値をＲ２としてそれぞれ測定し、これらの値から抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）と抵抗密度（Ｒ２／Ｓ２）を算出すればよい。また、抵抗発熱体５の線径と、透過Ｘ線写真等で載置面３から見た抵抗発熱体５の巻き数とから、相対的な抵抗値を求めることによって、抵抗密度比（Ｒ１／Ｓ１）／（Ｒ２／Ｓ２）を求めることもできる。
【００４９】
直径２００ｍｍ以上のウェハＷの表面温度を均一に加熱するには、円弧状の同心円上に配置される抵抗発熱体５は略等間隔に７〜１３周巻回することが好ましい。特に、直径２００ｍｍ用のウェハ加熱用のヒータ１では同心円状に７〜９個の円環に沿ってコイル状の抵抗発熱体５を配設し、また、直径３００ｍｍ用のウェハ加熱用のヒータ１では同心円状に１１〜１５個の円環に沿ってコイル状の抵抗発熱体５を配設することによって、載置面３に対する抵抗発熱体５の密度のムラが小さくなり、ウェハＷの面内の温度差を小さくすることができる。
【００５０】
また、載置面３に垂直な断面において、コイル状の抵抗発熱体５の厚み方向の外径は、板状セラミック体２の厚みの０．０５〜０．２倍であることが好ましい。抵抗発熱体５の厚み方向の外径が板状セラミック体２の厚みの０．０５倍を下回ると、板状セラミック体２に埋設するコイル状の抵抗発熱体５の外径が小さくなりすぎて、中心線が円弧状に配設されるコイル状の抵抗発熱体５を連続させて配設しても載置面３を均一に加熱できない虞がある。また、板状セラミック体２の厚み方向におけるコイル状の抵抗発熱体５の外径は板状セラミック体２の厚みの０．２倍を上回ると、埋設する前のコイルの外径が大きくなりすぎて折り返し形状が不連続となり、一対の折り返し形状をなす抵抗発熱体５の間の距離を精度良く埋設できなくなることから載置面３の面内の温度差が大きくなる虞があった。より好ましくは、板状セラミック体２の厚み方向におけるコイル状の抵抗発熱体５の外径は、板状セラミック体２の厚みの０．０８〜０．１４倍である。
【００５１】
また、抵抗発熱体５は線材からなり、線材を高温で焼結する板状セラミック体２に埋設されることから、高温で耐えられるタングステンやモリブデン、またはこれらの合金からなることが好ましい。そして、板状セラミック体２は、載置面３の面内温度を小さくできるように、板状セラミック体２の熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である炭化物や窒化物セラミックスからなることが好ましい。より好ましくは、炭化珪素や窒化アルミニウム焼結体からなることが好ましい。
【００５２】
また、図６は本発明のヒータ１を成膜装置やエッチング装置の容器２１に取り付けた概略の断面図を示す。ヒータ１の載置面３と給電端子１１間はＯリングでシールされ容器２１内に外部から成膜ガスやエッチングガスが供給され特定の雰囲気に調整することができる。そして、被加熱物をウェハとした、以上のような本発明の何れかのヒータ１を雰囲気の制御が可能な容器内に配設した本発明のウェハ加熱装置によれば、この容器内に成膜用のガスやエッチング用のガスをキャリヤガスを伴って供給して、容器内のガス圧力を制御しながら本発明のヒータ１の載置面３にウェハＷを載せて抵抗発熱体５を加熱すると、ウェハＷの面内温度差が小さいことから、最新の９０ｎｍや４５ｎｍの回路パターンからなる半導体素子製造工程に用いても半導体素子の歩留まりが低下することがなく好ましい。
【００５３】
また、本発明のヒータ１の製造方法は、セラミック粉末からなる板状の成形体を作製する工程と、この成形体の一方の主面に弧状に配置された弧状部と折り返し形状に配置された折り返し部とを連続させた溝を形成する工程と、この溝にコイル状の抵抗発熱体を挿入する工程と、その溝と抵抗発熱体との隙間にセラミック粉末を充填し、このセラミック粉末に予備加圧して抵抗発熱体を埋設した成形体を得る工程と、この成形体を耐熱型に挿入し加圧しながら焼成することから、溝と抵抗発熱体との隙間に充填したセラミック粉末の密度が成形体の密度に近くなっていることから焼成しても焼成による収縮が一様となるので、板状セラミック体２に歪や残留応力を低減し熱サイクルを繰り返しても破損する虞が少なく、耐久性の優れた本発明のヒータ１を得ることができる。
【００５４】
セラミック粉末からなる板状の成形体を得るには、金型にセラミック粉末を充填して上下方向から加圧することによって得ることができる。また、ゴム型にセラミック粉末を入れて静水圧で加圧し、得られた成形体の表面を切削加工して得ることもできる。その他、鋳込み成形やインジェクション成形等、粉末を所望の形状に成形できる方法であれば種々の方法で得ることができる。
【００５５】
そして、この成形体にコイル状の抵抗発熱体を埋設するには、コイル状の抵抗発熱体が収納できる溝を板状の成形体に形成する工程が必要である。図７（ａ）は、円板状の成形体１０に溝９を形成した例を示す成形体の概略図であり、図７（ｂ）はそのＸ−Ｘ線における概略の断面図である。成形体の主面に抵抗発熱体の埋設形状に沿って、主面から見てコイル状の抵抗発熱体の中心線が弧状の弧状部と折り返し形状をなす折り返し部が連続した溝を形成する。
【００５６】
次に、前もってコイル状の抵抗発熱体を所望の引き回しパターンに熱処理することが、引き回しパターンが変形し難くなり、溝にコイル状の抵抗発熱体を挿入し易くすることができ、また、引き回しパターンが変形する虞を少なくすることができるので好ましい。
【００５７】
そして、この溝に上記所望の形状に熱処理した抵抗発熱体を挿入した後、この溝と抵抗発熱体との隙間に成形体をなすセラミックスと同じ組成のセラミック粉末を充填し、このセラミック粉末を充填した上面から、成形体を加圧した圧力より小さい圧力で予備加圧して、抵抗発熱体を埋設した成形体を得る工程とを備えていることが重要である。
【００５８】
成形体に形成した溝にコイル状の抵抗発熱体を挿入して、この溝とコイル状の抵抗発熱体との隙間にセラミック粉末を充填しただけでは、溝に充填されたセラミック粉末の密度がセラミック成形体の密度より小さいことから、このままこのセラミック成形体を加圧して焼成しても、溝部分が異常に凹んだり、溝周辺に残留応力が発生したりするため、この焼結体を本発明のヒータにおける板状セラミック体として使用して加熱したり応力を加えると、凹んだ部分や残留応力の大きな部分から容易に破損する虞がある。
【００５９】
これに対し、溝に抵抗発熱体を挿入し、溝と抵抗発熱体との隙間にセラミック粉末を充填し、このセラミック粉末の上面を前もって加圧してこのセラミック粉末の密度をセラミック成形体の密度の７０〜９８％程度とすることによって、焼成時に生じる残留応力の発生や板状セラミック体の変形をなくすことができ、抵抗発熱体を板状セラミック体に均一に埋設することができる。
【００６０】
なお、予備加圧して凹んだ部分には、再びセラミック粉末を充填して再度予備加圧することによって、充填したセラミック粉末と成形体との密度がより近くなり、また、充填したセラミック粉末の上面と成形体の上面とが一つの面となり、残留歪を発生し難い成形体を得ることができる。
【００６１】
以上の様にして抵抗発熱体を埋設した成形体を耐熱型、例えばカーボン型やＢＮ（窒化ホウ素）型に挿入し、上下方向から加圧しながら焼成する。このように加圧焼成によって焼結した焼結体は内部歪が小さく、本発明のヒータ１の板状セラミック体２として用いて急速な加熱や冷却を繰り返しても、残留歪や熱応力による破損の虞が小さく好ましい。
【００６２】
また、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径ＤはウェハＷの直径の１．０２倍程度であれば、ウェハＷの周辺部の温度が低下してもウェハＷの面内の温度差が小さくなり好ましい。そして、板状セラミック体２の直径ＤＰはウェハＷの直径の１．０５〜１．１５倍程が好ましい。
【００６３】
本発明のヒータのさらに詳細な構成について説明する。
【００６４】
図１（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の一例を示す断面図であり、板厚ｔが７〜２０ｍｍ、１００〜５００℃におけるヤング率が２００〜４５０ＭＰａである板状セラミック体２の一方の主面を、ウェハＷを載せる載置面３とするとともに、内部に抵抗発熱体５を埋設し、この抵抗発熱体５に電気的に接続する給電部６と給電端子１１とを備えたものである。
【００６５】
１００〜５００℃におけるヤング率が２００〜４５０ＭＰａである板状セラミック体２の材質としては、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウムを用いることができる。この中でも特に窒化アルミニウムは、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、さらには１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高い熱伝導率を有するとともに、フッ素系や塩素系等の腐食性ガスに対する耐蝕性や耐プレズマ性にも優れることから、板状セラミック体２の材質として好適である。
【００６６】
また、セラミック製の本発明のヒータ１の製造方法として、セラミック粉末からなる板状の成形体に抵抗発熱体５を挿入する、弧状に配置された弧状部と折り返し形状に配置された折り返し部とを連続させた溝を形成し、この溝にコイル状の抵抗発熱体５を挿入した後、この溝と抵抗発熱体５との隙間にセラミック粉末を充填し、このセラミック粉末に予備加圧して抵抗発熱体５を埋設した成形体を得る工程と、この成形体を耐熱型に挿入し加圧しながら焼成することによって、歪や変形の小さな、抵抗発熱体５を埋設した板状セラミック体２が得られるので好ましい。
【００６７】
つまり、板状セラミックス体２を、窒化アルミニウムを主成分とする焼結体で形成する場合は、主成分の窒化アルミニウムに対し、焼結助剤としてＹ２Ｏ３やＹｂ２Ｏ３等の希土類元素酸化物と必要に応じてＣａＯ等のアルカリ土類金属酸化物とを添加して十分混合し、アクリル系バインダを添加して、これをスプレードライして造粒粉末を作製する。そして、臼状の金型にこの粉末を充填し、上下方向から８０〜２００ＭＰａの圧力で加圧して平板状の成形体を得る。そして、この成形体の一方の主面に、抵抗発熱体を埋設する位置に合わせて溝を形成する。この溝は、マシニングセンタ等の数値制御加工機を用いて切削用ドリル等により生成形体に溝加工を行なって形成することが好ましい。
【００６８】
一方、この生成形体に埋設する抵抗発熱体の外形と同じ形状の溝を備えた抵抗発熱体を焼入れする金型治具を準備する。そして、別途作製したコイル状の抵抗発熱体を所定の長さに切断し、この焼入れ金型治具に抵抗発熱体を所定の配置に所定のコイルピッチとなるようにはめ込み、熱処理して抵抗発熱体が所定の形状になるように焼入れする。そして、焼入れしたコイル状の抵抗発熱体を、成形体に形成した溝に挿入する。
【００６９】
そして、コイル状の抵抗発熱体の上面に成形体と同じセラミック粉末を充填する。溝に充填されたセラミック粉末は密度が１．０程度と小さく、このまま成形体をホットプレス等で焼結すると、溝部が凹み抵抗発熱体部分の密度がその他の部分より小さくなり、溝部で成形体が破損する虞があった。
【００７０】
そこで、溝部に充填したセラミック粉末を上面から５〜２０ＭＰａ以下の圧力で成形体が破損しない程度に加圧して、充填したセラミック粉末の密度を高めることが好ましい。また、加圧によって凹んだ溝部は、繰り返しセラミック粉末を充填して加圧することが好ましい。このように溝部にセラミック粉末を充填して加圧することによって、成形体の密度と充填したセラミック粉末との密度が近くなり、その後の焼成工程で生密度の違いから生じる破損の虞がなくなるので好ましい。また、抵抗発熱体の形状が複雑であったり成形体が３５０ｍｍ以上と大きくなったりすると、溝部に充填したセラミック粉末と成形体との密度差による破損の虞や残留歪の影響が大きくなることから、上記の予備加圧した成形体を臼金型付きゴム型に挿入して上下方向からラバープレスすると、成形体の内部の密度がより均一となり好ましい。
【００７１】
抵抗発熱体を埋設した成形体を５００℃で１時間加熱し脱脂処理を行ない、カーボン等で作製した耐熱型に挿入し、１７００℃〜２１００℃に加熱しながら上下面から５ＭＰａ〜６０ＭＰａの圧力で加圧焼結すると、焼結体が破損することがない。得られた抵抗発熱体を埋設した焼結体は、外形や載置面を研削加工して板状セラミックス体２とすることができる。残留応力の小さな焼結体が作製できることから、埋設した抵抗発熱体５を加熱して急速に昇温したり冷却したりしても、板状セラミック体２が破損する虞が極めて小さくなる。
【００７２】
一方、筒状の支持部材８は、上記セラミック粉末と熱硬化樹脂等とを混ぜた原料を加熱して金型にインジェクション法で充填することによって筒状体を成形したり、鋳込み法やラバープレス法で作製した筒状成形体を生切削加工して所望の形状に加工した後、４００〜６００℃で加熱し脱バインダ処理を行なった後、窒素雰囲気中で１８００℃〜２２００℃で焼結し外周を研削加工したりして得ることができる。
【００７３】
また、板状セラミック体２の給電端子１１接続部に孔加工を施し、この孔を囲むようにして筒状の支持部材８を焼結助剤を含む窒化アルミニウムペーストを介在して接触させ、接触面を焼成温度より２００〜４００℃低い温度で加熱しながら加圧して、板状セラミック体２と筒状の支持部材８とを接合することができる。
【００７４】
なお、筒状の支持部材８の接合部の外径は、板状セラミック体２の外径の０．５倍以下であると、接合部から支持部材８へ流れる熱量が少なく、ウェハＷの面内の温度が低下する虞が少なくなるので好ましい。さらに好ましくは０．３倍以下であると、板状セラミック体２からの熱引けが小さく、接合部の内側に位置するコイル状の抵抗発熱体５のピッチを小さくすることによる発熱量を増大させてウェハＷ面内の温度差を小さくするという効果を発揮し易い。
【００７５】
以上、本発明のヒータの構成やその製造方法について説明したが、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、本発明のヒータ１の載置面３と抵抗発熱体５の間に静電吸着用の電極を埋設してもよい。また、板状セラミック体２の上面に静電吸着用電極を形成しその上に絶縁層を形成したウェハ保持部材や、プラズマ発生用の高周波電極を内蔵したヒータであってもよい。
【実施例１】
【００７６】
窒化アルミニウム粉末に対し、重量換算で２．０質量％の酸化イットリウムを添加し、さらにイソプロピルアルコールとウレタンボールを用いてボールミルにより４８時間混練することにより、窒化アルミニウムのスラリーを製作した。その後、このスラリーにアクリル系のバインダを混合した窒化アルミニウムのスラリーを２００メッシュに通し、ウレタンボールやボールミル壁の屑を取り除いた後、防爆型スプレードライヤにて乾燥し、窒化アルミニウムの造粒粉末を作製した。
【００７７】
上記造粒粉末を直径２４０ｍｍの金型に充填し、厚み３０ｍｍの成形体を作製した。この成形体のコイル状の抵抗発熱体を埋設する位置に溝を形成した。
【００７８】
抵抗発熱体の形状は図２に示した形態に近いものとして、板状セラミック体の中心から外側に配設された弧状部の数を１個増やして８個とした抵抗発熱体が配設された形状とした。そして、図２に示す例に概ね対応してＬ１〜Ｌ７を１２ｍｍとしてｄ１〜ｄ７を変えた抵抗発熱体の位置に対応して、各種の溝を形成した成形体を準備した。そして、別途給電部を接続し、溝形状に整形した焼き入れモリブデンコイルを上記の溝に挿入し、コイルの上部に窒化アルミニウムの造粒粉末を充填した。充填した造粒粉末の上面を予め作製した溝形状の治具で加圧した。加圧した溝凹部に再度造粒粉末を充填し再加圧して、成形体の表面と溝に充填した造粒粉末の上面とが略同じ高さの面となるようにした。
【００７９】
そして、この抵抗発熱体を埋設した成形体を５００℃で１時間加熱して、脱バインダ処理した。脱バインダ処理した成形体をカーボン型に挿入し、上下方向から３４ＭＰａで加圧しながら１８００℃に加熱して、抵抗発熱体を埋設したセラミック焼結体を得た。
【００８０】
得られた焼結体の外周と上下面を研削加工し、板状セラミック体を作製した。また、給電部に穿孔し、給電端子をロウ付けしてヒータを作製した。
【００８１】
そして、真空容器にこのセラミック製のヒータを設置して、載置面に半導体ウェハを載せ、設定温度まで２０℃／分で昇温し、設定温度の５００℃に１０分間保持した後に、外部から透過窓を介してサーモビュアでウェハ表面の面内温度差を測定した。その結果を表１に示す。
【表１】
2007066542.tif 000003
【００８２】
本発明の実施例である、同一円周上に位置して対向する折り返し部の間の距離が半径方向に隣り合う弧状部の中心線の間の距離よりも小さい試料Ｎｏ．１〜６は、ウェハＷの表面の面内温度差が２．５℃以下と小さく好ましいことが分かった。
【００８３】
また、同じく本発明の実施例である、同一円周上に位置して対向する折り返し部の間の距離が半径方向に隣り合う弧状部の中心線の間の距離の３０％〜８０％である試料Ｎｏ．２〜５はウェハ表面の面内温度差が１．９℃以下と更に小さく好ましいことが分かった。
【００８４】
しかし、同一円周上に位置して対向する折り返し部の間の距離が半径方向に隣り合う弧状部の中心線の間の距離より１．３倍または１．５倍と大きな比較例の試料Ｎｏ．７、８は、隣り合う弧状部の間にクールスポットが発生してウェハ表面の面内温度差が５℃、１５℃と大きくなり、最新の半導体製造装置用のセラミック製のヒータとして使用することができなかった。
【実施例２】
【００８５】
実施例１の試料Ｎｏ．５と同じ抵抗発熱体の溝を作製し、埋設するコイルの最外周のピッチを調整したセラミック製のヒータを実施例１と同様に作製した。
【００８６】
そして、このヒータを真空容器内に設置し、２０℃から６００℃に２０℃／分の速さで昇温した。このときの昇温途中の５００℃の過渡時の載置面の面内温度差をサーモビュアで測定した。その結果を表２に示す。
【表２】
2007066542.tif 000004
【００８７】
本発明の実施例である、同心円状に配設された最外周のコイル状の抵抗発熱体のピッチがその内側の抵抗発熱体のピッチより小さい試料Ｎｏ．１１〜１５は、載置面の面内温度差が２１℃以下と小さく優れた特性を示すことが分かった。また、過渡時の載置面の面内温度差が小さいものは、温度サイクルに対する耐久性が高く、このヒータを用いれば、信頼の置けるヒータを提供できる。
【実施例３】
【００８８】
抵抗発熱体のコイルのピッチを変えて、実施例１と同様の方法で板状セラミック体を作製した。そして、図３に示すように載置面と反対側に筒状の支持部材を拡散接合したセラミック製のヒータを作製した。そして、真空容器内に設置し、載置面にウェハを載せて、実施例２と同様に載置面の過渡時の温度差を測定した。その結果を表３に示す。
【表３】
2007066542.tif 000005
【００８９】
本発明の実施例である、板状セラミック体の他方の主面に筒状の支持部材を接合し、この支持部材の内側である接合部の内側に位置するコイル状の抵抗発熱体のピッチがこの支持部材の外側である接合部の外側に位置するコイル状の抵抗発熱体のピッチより小さい試料Ｎｏ．３１〜３５の５００℃の過渡時の載置面の面内温度差は、いずれも１７℃以下と優れていた。また、面内温度差が小さいことから、熱サイクルに対する耐久性が優れることが期待できる。
【００９０】
一方、接合部の内側に位置するコイル状の抵抗発熱体のピッチが、この接合部の外側に位置するコイル状の抵抗発熱体のピッチと同じ試料Ｎｏ．３６の５００℃の過渡時のウェハ表面の面内温度差は、２３℃とやや大きかった。この結果から、板状セラミック体に筒状の支持部材を接合したセラミック製のヒータは、載置面の面内温度差がやや大きくなることが分かった。
【実施例４】
【００９１】
実施例３と同様にして、抵抗発熱体の埋設形状を変えて筒状の支持部材を接合したセラミック製のヒータを作製した。
【００９２】
また、板状セラミック体中に埋設する抵抗発熱体の発熱パターンＱのうち、接合した筒状の支持部材より内側である接合部より内側に位置する領域Ｑ１における抵抗発熱体の単位面積当たりの抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）と、筒状の支持部材より外側である接合部より外側に位置する領域Ｑ２における抵抗発熱体の単位面積当たりの抵抗密度（Ｒ２／Ｓ２）をそれぞれ測定したところ、０．０１９Ω／ｃｍ２と０．０１５Ω／ｃｍ２とであり、抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）が抵抗密度（Ｒ２／Ｓ２）の１．２７倍であった。
【００９３】
次に、得られた板状セラミック体の一方の主面を算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ以下となるように研磨して載置面を形成するとともに、この板状セラミック体の他方の主面に抵抗発熱体に連通する２つの凹部を穿設した。
【００９４】
その後、このセラミック製のヒータの下面に、外径７０ｍｍ、幅８ｍｍのフランジを備えた、板状セラミック体と同一の窒化アルミニウムセラミックスからなる筒状の支持部材を拡散接合した。そして、連通する２つの凹部にＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金からなる給電端子を銀銅ロウにてロウ付け固定してヒータを得た。このヒータを試料Ｎｏ．４１とした。
【００９５】
また、比較例として上記と同様にして、抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）と抵抗密度（Ｒ２／Ｓ２）とがともに０．０１５Ω・ｃｍの板状セラミック体に筒状の支持部材を接合したセラミック製のヒータを作製した（試料Ｎｏ．４２）。
【００９６】
そして、作製したヒータに２００Ｖの交流電圧を印加して載置面を２０℃／分で昇温し、設定温度の７００℃に達した後１０分間保持した後、載置面の温度を放射温度計（商品名：サーモビュアー）にて測定した。その結果を表４に示す。
【表４】
2007066542.tif 000006
【００９７】
板状セラミック体に接合した筒状の支持部材の内側の面積をＳ１、この筒状の支持部材の内側の領域の抵抗値をＲ１とし、この筒状の支持部材より外側の面積をＳ２、この筒状の支持部材より外側の領域の抵抗値をＲ２として、筒状支持部材の内側の抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）がこの筒状支持部材の外側の抵抗密度（Ｒ２／Ｒ２）より大きい試料Ｎｏ．４１の載置面に載せたウェハの平均温度が７００℃、最高温度が７０２℃、最も低いところで６９９℃とウェハ面内の温度差は３℃以内とすることができ、設定温度７００℃に対して０．５％以内の温度バラツキに抑えることができ、優れた均熱性が得られた。
【００９８】
一方、比較例の試料Ｎｏ．４２は、発熱パターンの形状が図２に示す例と同じで、抵抗調整していない抵抗発熱体を板状セラミック体中に埋設する以外は実施例と同様の方法にて製作した。このセラミック製のヒータを試作し、２００Ｖの交流電圧を印加して載置面を発熱させたところ、載置面の最高温度が７０３℃、最も低いところで６９７℃と低くなっており、設定温度７００℃に対して１％と温度分布がやや大きかった。
【実施例５】
【００９９】
実施例４におけるセラミック製のヒータと同様の構造として、筒状の支持部材より内側に位置する領域Ｑ１における抵抗発熱体の単位面積当たりの抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）と支持部材より外側に位置する領域Ｑ２における抵抗発熱体の単位面積当たりの抵抗密度（Ｒ２／Ｓ２）を異ならせた各セラミックヒータを作製した。なお、給電端子は実施例４の銀−銅ロウを金−銅ロウに変えて作製した。そして、実施例３と同様に６００℃まで加熱した際の５００℃過渡時のウェハ表面の面内温度差を測定した。
【０１００】
その後、室温から７００℃に２０℃／分の速度で加熱し、１０分保持した後、冷却する温度サイクルを繰り返した時のヒータの板状セラミック体と筒状の支持部材との接合面から発生したガスリークの有無を確認しヒータの耐久性を評価した。
【０１０１】
なお、ガスリークの有無は温度サイクル１０サイクル間隔で確認した。また、接合面のガスリークの有無は室温でヘリウムリークテスタを用いて行なった。それぞれの結果は表５に示す通りである。
【表５】
2007066542.tif 000007
【０１０２】
この結果、抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）を抵抗密度（Ｒ２／Ｓ２）に対して１．０５〜１．５倍とすることにより、温度サイクルに対するガスリークの発生の虞が少なく耐久性が向上することが分かる。特に、抵抗密度（Ｒ１／Ｓ１）を抵抗密度（Ｒ２／Ｓ２）に対して１．１３倍以上、１．４倍以下とすれば、温度サイクルに対する耐久性が２５００回以上となり優れた特性を示すことが分かった。
【０１０３】
また、５００℃の過渡時の載置面の面内温度差が２０℃以下の試料Ｎｏ．５２〜５６は、温度サイクルに対する耐久性が２０００回以上と大きく昇温過渡時の載置面の面内の温度差が小さいものは熱応力が小さく熱サイクルに対する耐久性が優れていることが分かった。
【０１０４】
また、以上の結果から、５００℃過渡時のウェハ表面の温度差が小さいものは、急激な温度サイクルが繰り返し加わっても支持部材と板状セラミック体との接合面が剥がれる虞が少なく、繰り返し温度サイクルに対する耐久特性が優れていることが分った。これらの結果から、実施例２や実施例３の５００℃過渡時のウェハ表面の温度差が小さいものも繰り返し温度サイクルによる耐久性が優れていることが分った。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の一例を示す概略の斜視図であり、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線概略断面図である。
【図２】本発明の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図３】（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例を示す概略の斜視図であり、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線概略断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の抵抗発熱体の一例を示す概略の正面図であり、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線概略断面図である。
【図５】本発明の抵抗発熱体の中心線を示す概略図である。
【図６】本発明のヒータを容器に取り付けた概略の断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の成形体に形成した溝を示す概略図であり、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線概略断面図である。
【図８】従来の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図９】従来の他のヒータを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１、５０：ヒータ
２、５１：板状セラミック体
３、５１ａ：載置面
５、５３、５４：抵抗発熱体
６：給電部
７：測温素子
８、６０：筒状の支持部材
８ａ：フランジ
８ｂ：フランジ
９：溝
１０：成形体
１１、５７、５８：給電端子
１５：貫通孔
Ｗ：ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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